近日，北京大學化學與分子工程學院高分子科學與工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究團隊成功研發出了一種新型、具有高溫穩定性的鋰電池固態聚電解質膜，有望打破現有鋰離子電池固態電解質研究、產業格局。相關研究成果SolidPolymerElectrolyteswithExcellentHigh-TemperaturePropertiesbasedonBrushBlockCopolymersHavingRigidSideChains已在線發表于國際期刊(ACSAppliedMaterials&Interfaces,2017,DOI:10.1021/acsami.6b15893)。

隨著能源危機與環境保護的雙重壓力，鋰離子電池應用市場規模得到了迅猛擴張，但也存在著一些安全隱患，時有報道手機、汽車等爆炸等危險事故。

固態聚電解質由于其具有很好的熱穩定性和機械強度，成為當今科學家的研究熱點。PEO/鋰鹽復合體系是一類固態聚電解質。固態聚電解質由于其具有很好的熱穩定性和機械強度，成為當今科學家的研究熱點。

在鋰離子電池中，目前使用的PEO/鋰鹽復合體系當溫度升高到120℃以上時，復合體系軟化，失去機械強度和支撐作用，鋰離子電池發生短路。另外一方面柔柔嵌段共聚物高溫下不夠穩定，這兩個因素使得鋰離子電池的使用溫度都在150℃以下。

基于上述考慮，范星河教授/沈志豪副教授及其團隊成員成功研發出一種雙親性含剛性聚合物側鏈的嵌段共聚聚合物刷。由于該聚合物刷側鏈之間較大的排斥力，提高了嵌段間的相互作用參數，有利于共聚聚合物刷自組裝，提高微相分離結構的穩定性。這種含PEO的聚合物刷在高溫下也能保持原有的自組裝結構，有利于提高聚電解質的穩定性。

該含剛性聚合物側鏈的雙親嵌段共聚聚合物刷的鋰鹽復合體系，在高溫下具有高的離子傳導率，有望解決目前市場上使用的鋰離子電池的安全隱患等問題，可大大提高電池的安全性，應用于火箭，衛星或者飛行器等需要承受高溫場合的高溫下使用的鋰離子電池。


固態聚電解質結構與離子傳導率關系

研究結果表明，采用含剛性側鏈的雙親性嵌段共聚聚合物刷的鋰鹽復合體系，制備的離子電池的鋰離子傳導率隨著溫度的增加而增加，在200℃時的離子傳導率為1.58×10-3S/cm，達到了目前文獻報道的含PEO的固態聚電解質離子傳導率最高水平，有希可應用于高溫鋰離子電池中的固態聚電解質。該研究成果具有巨大的產業化前景，并有望改變現有鋰離子電池產業格局。

該項研究得到了國家自然科學基金重點項目等項目的資助。

論文鏈接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b15893